INGENIERIA CIVIL

Uso de chimeneas de equilibrio con cámara de aire en instalaciones por gravedad

Este articulo surgió de una inquietud personal del autor. ante la falta de bibliografla para solucionar problemas de Gofpe de ariete en sistemas por gravedad. especialmente en microcentrales. La investigación se desarrolló mediante dos proyectos de grado para ingenieros civiles. el primero por Alvaro Ramlrez Calderón y el segundo. por Germán Nava Gutiérrez y Martha Lucia Avila González.

JORGE ARMANDO GRANADOS Ingeniero Civil M. Sc. Recursos Hidráulicos Profesor Asociado. Facultad de Ingenieria. U.N.

ROBAYO

El control del Golpe de ariete en líneas de conducción es un factor Importante para el correcto funcionamiento y protección de la instalación. El uso de chimeneas de equilibrio con cámara de éJlre se recomienda para estaciones de bombeo. dejando el sistema tradicional de chimenea en contacto con la presión atmosférica para mstalacrones por gravedad; Sin embargo, no en todos los casos la topografía es favorable para su construcción y en proyectos de poca capacrdad, su costo obliga a optar soluciones irnprácticas o a no proteger la conducción. La bibliografía existente sobre este tipo de chimeneas, da parámetros de diseño y recomendaciones para el caso de bombeo pero no contempla pequeñas centrales hidroeléctricas o conducciones de acueducto y plantas de tratamiento cuyo funcionarruento se basa en la acción de la gravedad. En el Laboratorio

de Hidráulica

de la Uruversidad

T-----------------------------------------------T

I

,, ,, ,

'Ha = Cabeza total de presión

,

Cabeza de presión atmosférica

,....----Cámara

I I

de aire

I

I I

,

I I

Chimenea

-.Acceso a la chimenea FIGURA 1, Instalación general Ingenierla e Investigación 3

INGENIERIACIVIL

(1 )

(5)

(2)

sencilla y rápida Instalación.

los caudales

a través de la

Manómetro diferencial de tetracloruro de carbono para usar con el codo aforador. 11. Registro 12. Salida

Co = Volumen

Nacional, se realizó una investigación teóricopráctica a través de Proyectos de Grado, dejando como resultado una guía de diseño similar en su presentación a la recomendada para estaciones de bombeo. El desarrollo de la Investigación y los resultados obtenidos se muestran a continuación: 1. Tanque de almacenamiento con rebosadero que permite mantener el nivel del agua constante dentro del mismo. 2. Tramo de tubería y accesorios cuyas pérdidas en función del caudal se evaluaron mediante ensayos de laboratorio. recto

5. Osciloscopio de persistencia donde se observan y miden las sobr epr esiones producidas por el golpe de ariete. 6. Tee de acceso 7. Chimenea

a la cámara.

cerrada

de aire.

8. Válvula

de esfera, usada para producir cierres rápidos y simular el efecto de parada súbita de una turbina o cierre rápido de un registro de control.

9. Codo aforador, 4 Ingeniería e Investigación

para medir

de una manera

que intervienen

de aire para tlujo

a = Celeridad

00

= Caudal

permanente:

de la onda de presión: para tlujo

=

Longitud

Vo

=

Velocidad en la tubería nente m/seg.

de la tubería:

9 = Aceleración

= hf =

Ha'"

Cabeza

m. para flujo

de la gravedad:

absoluta

m/seg. m3/seg.

permanente

L

perma-

rn z se q".

de presión

disponible.

Sumatoria de perdidas producidas por la tubería, accesorios y en la entrada a la cámara o chimenea.

00 en p

=

Sobrepresión Ariete: m.

creada

por

el golpe

de

Parámetros adirnensionales que se forman con las variables y con los cuales se trabaja la solución del problema 2Co a OoL

con cámara

de la Instalación.

m3

de tubería.

4. Transductor de pr esrone s. que se conecta a la tubería en un punto cercano a la Tee de acceso a la cámara, mediante una manguera y un racor.

de caudal.

de agua al exterior Variables

FIGURA 2. Esquema de instalación en el laboratorio.

3. Tramo

regulador

K

El valor de expresión

a

hf --Ha'"

v,

9H~

se calcula

la celeridad

y

"9

(

D.p H;

a --,

29*

según

1 ~

+

DCI

Ee

) ; donde

la

INGENIERIACIVIL

y = Peso específico

del fluido

kgflm3

K = Módulo de compresibilidad del agua: kgflm2.

E

Módulo tubería:

D

Diámetro

e

Espesor

de elasticidad kgflm2 interior

Gráfica guía para K = hflH;

volumétrico

del material

de la tubería:

de la tubería:

= cte

de la ~p

m.

m.

CI = Coeficiente del tipo material Se puede

adimensional que depende de anclaje de la tubería y del de la misma. tomar

Orientación Tomando ciones de combinar siquiente Abscisas:

como

de los ensayos

como referencia la solución para estabombeo, los ensayos se diseñaron para los parámetros adimensionales de la manera: 2 coa QoL

en escala

logarítmica.

Este parámetro se hace variar biando el volumen C .K = ~ o,

se mantiene constante pretende obtener. 3.0

2.5

2.::

la unidad.

fácilmente

cam-

H;

2Co x a QoL

A. B, e, etc., puntos experimentales resultantes de parejas de valores de abscisas y ordenadas. Deben cumplir la condición de mantener constante el parámetro.

29* = aVo

para toda la gráfica que se

9H;

IIIil mn

I 11111111111

11111

TlIII

mn mm

1111111

mm

I